Гены флавинсодержащих монооксигеназ (FMO) чеснока Allium sativum L.: идентификация в геноме, характеристика и анализ экспрессии в ответ на заражение Fusarium proliferatum

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе в геноме чеснока Allium sativum L. идентифицировано 39 генов флавинсодержащих монооксигеназ. Показано разделение AsFMOs на три филогенетические клады, ассоциированные с N-оксигенированием (22 белка), биосинтезом ауксинов (13 белков) и S-оксигенированием (4 белка). В аминокислотных последовательностях AsFMOs найдены мотивы связывания с FAD и NADPH, FMO-идентифицирующий мотив и FATGY-мотив. Показано, что транскрипты AsFMOs присутствуют во всех органах чеснока с максимумом в корнях, листьях, цветоносе и воздушных луковицах. В ответ на заражение патогенным грибом Fusarium proliferatum выявлена дифференциальная экспрессия генов клады I (AsFMO4, AsFMO11, AsFMO12 и AsFMO35) в корнях чеснока сортов Сармат и Стрелец, контрастных по устойчивости к фузариозной гнили. При этом экспрессионный ответ гена AsFMO18 клады III, вовлеченного в биосинтез аллиина, идентичен для обоих сортов, независимо от их устойчивости/восприимчивости к фузариозу. Это предполагает совместное участие генов клад I и III в ответных реакциях растений на заражение патогенами. Проанализирована кодирующая и регуляторная последовательности гена AsFMO35 у сортов Стрелец и Сармат. Показано, что промоторная область гена AsFMO35 отличается присутствием АБК-ассоциированного цис-регуляторного элемента ABRE у сорта Стрелец, восприимчивого к фузариозной гнили.

Об авторах

О. К. Анисимова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: michel7753@mail.ru
Россия, 119071, Москва

А. В. Щенникова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: michel7753@mail.ru
Россия, 119071, Москва

Е. З. Кочиева

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: michel7753@mail.ru
Россия, 119071, Москва

М. А. Филюшин

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: michel7753@mail.ru
Россия, 119071, Москва

Список литературы

  1. Thodberg S., Jakobsen Neilson E.H. The “Green” FMOs: diversity, functionality and application of plant flavoproteins // Catalysts. 2020. V. 10. Article 329. https://doi.org/10.3390/catal10030329
  2. Van Berkel W.J.H., Kamerbeek N.M., Fraaije M.W. Flavoprotein monooxygenases, A diverse class of oxidative biocatalysts // J. Biotechnol. 2006. V. 124. P. 670–689. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2006.03.044
  3. Schlaich N.L. Flavin-containing monooxygenases in plants: looking beyond detox // Trends Plant Sci. 2007. V. 12. P. 412–418. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2007.08.009
  4. Ziegler D.M. Flavin-containing monooxygenases: Catalytic mechanism and substrate specificities // Drug Metab. Rev. 1988. V. 19. P. 1–32.
  5. Ziegler D.M. An overview of the mechanism, substrate specificities, and structure of FMOs // Drug Metab. Rev. 2002. V. 34. P. 503–511. https://doi.org/10.1081/dmr-120005650
  6. Yanni S.B., Annaert P.P., Augustijns P. et al. Role of flavin-containing monooxygenase in oxidative metabolism of voriconazole by human liver microsomes // Drug Metab. Dispos. 2008. V. 36. P. 1119–1125. https://doi.org/10.1124/dmd.107.019646
  7. Rossner R., Kaeberlein M., Leiser S.F. Flavin-containing monooxygenases in aging and disease: Emerging roles for ancient enzymes // J. Biol. Chem. 2017. V. 292. P. 11138–11146. https://doi.org/10.1074/jbc.R117.779678
  8. Krueger S.K., Williams D.E. Mammalian flavin-containing monooxygenases: Structure/function, genetic polymorphisms and role in drug metabolism // Pharmacol. Ther. 2005. V. 106. P. 357–387. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2005.01.001
  9. Zhao Y., Christensen S.K., Fankhauser C. et al. A role for flavin monooxygenase-like enzymes in auxin biosynthesis // Science. 2001. V. 291. P. 306–309. https://doi.org/10.1126/science.291.5502.306
  10. Won C., Shen X., Mashiguchi K. et al. Conversion of tryptophan to indole-3-acetic acid by tryptophan aminotransferases of Arabidopsis and YUCCAs in Arabidopsis // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2011. V. 108(45). P. 18518–18523. https://doi.org/10.1073/pnas.1108436108
  11. Hartmann M., Zeier T., Bernsdorff F. et al. Flavin monooxygenase-generated N-hydroxypipecolic acid is a critical element of plant systemic immunity // Cell. 2018. V. 173(2). P. 456–469. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.049
  12. Halkier B.A., Gershenzon J. Biology and biochemistry of glucosinolates // Annu. Rev. Plant Biol. 2006. V. 57. P. 303–333. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.57.032905.105228
  13. Kong W., Li J., Yu Q. et al. Two novel flavin-containing monooxygenases involved in biosynthesis of aliphatic glucosinolates // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. Article 1292. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01292
  14. Yoshimoto N., Onuma M., Mizuno S. et al. Identification of a flavin-containing S-oxygenating monooxygenase involved in alliin biosynthesis in garlic // Plant J. 2015. V. 83. P. 941–951. https://doi.org/10.1111/tpj.12954
  15. Yoshimoto N., Saito K. S-Alk(en)ylcysteine sulfoxides in the genus Allium: Proposed biosynthesis, chemical conversion, and bioactivities // J. Exp. Bot. 2019. V. 70. P. 4123–4137. https://doi.org/10.1093/jxb/erz243
  16. Mishina T.E., Zeier J. The Arabidopsis flavin-dependent monooxygenase fmo1 is an essential component of biologically induced systemic acquired resistance // Plant Physiol. 2006. V. 141. P. 1666–1675. https://doi.org/10.1104/pp.106.081257
  17. Sun X., Zhu S., Li N. et al. A chromosome-level genome assembly of garlic (Allium sativum) provides insights into genome evolution and allicin biosynthesis // Mol. Plant. 2020. V. 13. P. 1328–1339. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.07.019
  18. Filyushin M.A., Anisimova O.K., Kochieva E.Z., Shchennikova A.V. Genome-wide identification and expression of chitinase class I genes in garlic (Allium sativum L.) cultivars resistant and susceptible to Fusarium proliferatum // Plants. 2021. V. 10. Article 720. https://doi.org/10.3390/plants10040720
  19. Анисимова О.К., Щенникова А.В., Кочиева Е.З., Филюшин М.А. Идентификация генов монодегидроаскорбатредуктаз (MDHAR) чеснока (Allium sativum L.) и их участие в ответе на заражение Fusarium proliferatum // Генетика. 2022. Т. 58. № 7. С. 754–764. https://doi.org/10.31857/S0016675822070037
  20. Anisimova O.K., Seredin T.M., Danilova O.A., Filyushin M.A. First report of Fusarium proliferatum causing garlic clove rot in Russian federation // Plant Dis. 2021. V. 105. P. 3308. https://doi.org/10.1094/PDIS-12-20-2743-PDN
  21. Tchórzewska D., Deryło K., Błaszczyk L., Winiarczyk K. Tubulin cytoskeleton during microsporogenesis in the male-sterile genotype of Allium sativum and fertile Allium ampeloprasum L. // Plant Reprod. 2015. V. 28. P. 171–182. https://doi.org/10.1007/s00497-015-0268-0
  22. Qin M., Wang J., Zhang T. et al. Genome-wide identification and analysis on YUCCA gene family in Isatis indigotica Fort. and IiYUCCA6-1 functional exploration // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. Article 2188. https://doi.org/10.3390/ijms21062188
  23. Hansen B.G., Kliebenstein D.J., Halkier B.A. Identification of a flavin-monooxygenase as the S-oxygenating enzyme in aliphatic glucosinolate biosynthesis in Arabidopsis // Plant J. 2007. V. 50. P. 902–910. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2007.03101.x
  24. Eswaramoorthy S., Bonanno J.B., Burley S.K., Swaminathan S. Mechanism of action of a flavin-containing monooxygenase // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. P. 9832–9837. https://doi.org/10.1073/pnas.0602398103
  25. Li R., Zhu F., Duan D. Function analysis and stress-mediated cis-element identification in the promoter region of VqMYB15 // Plant Signal Behav. 2020. V. 15. Article 1773664. https://doi.org/10.1080/15592324.2020.1773664
  26. Nakashima K., Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development // Plant Cell Rep. 2013. V. 32. P. 959–970. https://doi.org/10.1007/s00299-013-1418-1

© О.К. Анисимова, А.В. Щенникова, Е.З. Кочиева, М.А. Филюшин, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».